The formal specification of abstract data types and their implementation in Fortran 90: Implementation issues concerning the use of pointers

In this paper we continue our investigation into the development of computational-science software based on the identification and formal specification of Abstract Data Types (ADTs) and their implementation in Fortran 90. In particular, we consider the consequences of using pointers when implementing a formally specified ADT in Fortran 90. Our aim is to highlight the resulting conflict between the goal of information hiding, which is central to the ADT methodology, and the space efficiency of the implementation. We show that the issue of storage recovery cannot be avoided by the ADT user, and present a range of implementations of a simple ADT to illustrate various approaches towards satisfactory storage management. Finally, we propose a set of guidelines for implementing ADTs using pointers in Fortran 90. These guidelines offer a way gracefully to provide disposal operations in Fortran 90. Such an approach is desirable since Fortran 90 does not provide automatic garbage collection which is offered by many object-oriented languages including Eiffel, Java, Smalltalk, and Simula.

Defining Simulation Intent

Defining Simulation Intent involves capturing high level modelling and idealisation decisions in order to create an efficient and fit-for-purpose analysis. These decisions are recorded as attributes of the decomposed design space.

An approach to defining Simulation Intent is described utilising three known technologies: Cellular Modelling, the subdivision of space into volumes of simulation significance (structures, gas paths, internal and external airflows etc.); Equivalencing, maintaining a consistent and coherent description
of the equivalent representations of the spatial cells in different analysis models; and Virtual Topology, which offers tools for partitioning and de-partitioning the model without disturbing the manufacturing oriented design geometry. The end result is a convenient framework to which high level analysis attributes can be applied, and from which detailed analysis models can be generated
with a high degree of controllability, repeatability and automation. There are multiple novel aspects to the approach, including its reusability, robustness to changes in model topology and the inherent links created between analysis models at different levels of fidelity and physics.

By utilising Simulation Intent, CAD modelling for simulation can be fully exploited and simulation work-flows can be more readily automated, reducing many repetitive manual tasks (e.g. the definition of appropriate coupling between elements of different types and the application of boundary conditions). The approach has been implemented and tested with practical examples, and
significant benefits are demonstrated.

Exploiting Human Resource Requirements to Infer Human Movement Patterns for Use in Modelling Disease Transmission Systems: An Example from Eastern Province, Zambia

In this research, an agent-based model (ABM) was developed to generate human movement routes between homes and water resources in a rural setting, given commonly available geospatial datasets on population distribution, land cover and landscape resources. ABMs are an object-oriented computational approach to modelling a system, focusing on the interactions of autonomous agents, and aiming to assess the impact of these agents and their interactions on the system as a whole. An A* pathfinding algorithm was implemented to produce walking routes, given data on the terrain in the area. A* is an extension of Dijkstra's algorithm with an enhanced time performance through the use of heuristics. In this example, it was possible to impute daily activity movement patterns to the water resource for all villages in a 75 km long study transect across the Luangwa Valley, Zambia, and the simulated human movements were statistically similar to empirical observations on travel times to the water resource (Chi-squared, 95% confidence interval). This indicates that it is possible to produce realistic data regarding human movements without costly measurement as is commonly achieved, for example, through GPS, or retrospective or real-time diaries. The approach is transferable between different geographical locations, and the product can be useful in providing an insight into human movement patterns, and therefore has use in many human exposure-related applications, specifically epidemiological research in rural areas, where spatial heterogeneity in the disease landscape, and space-time proximity of individuals, can play a crucial role in disease spread.

Cyclic behaviour of RC elements with plain reinforcing bars

O comportamento cíclico das estruturas de betão armado é fortemente condicionado pelo mecanismo de aderência entre o betão e o aço. O escorregamento relativo entre os dois materiais, resultante da degradação progressiva da aderência em elementos solicitados por ações cíclicas, é uma causa frequente de danos graves e até do colapso de estruturas devido à ocorrência de sismos. Entre as estruturas existentes de betão armado que foram dimensionadas e construídas antes da entrada em vigor dos regulamentos sísmicos atuais, muitas foram construídas com armadura lisa, e portanto, possuem fracas propriedades de aderência. A informação disponível na literatura sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa é reduzida e a influência das propriedades da aderência associadas a este tipo de armadura no comportamento cíclico das estruturas existentes não se encontra ainda devidamente estudada. O objectivo principal desta tese foi estudar a influência do escorregamento na resposta cíclica de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. Foram realizados ensaios cíclicos em elementos do tipo nó viga-pilar, construídos à escala real, representativos de ligações interiores em edifícios existentes sem pormenorização específica para resistir às ações sísmicas. Para comparação, foi realizado o ensaio de um nó construído com armadura nervurada. Foi ainda realizado o ensaio cíclico de uma viga de betão armado recolhida de uma estrutura antiga. Foram elaborados modelos numéricos não-lineares para simular a resposta dos elementos ensaiados, concentrando especial atenção no mecanismo do escorregamento. Os resultados obtidos no âmbito desta tese contribuem para o avanço do conhecimento sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. As análises numéricas realizadas comprovam a necessidade de incluir os efeitos do escorregamento na modelação numérica deste tipo de estruturas de forma a representar com rigor a sua resposta às ações cíclicas.

Abstract thinking: a predictor of modelling ability?

In this paper, we describe a study of the abstract thinking skills of a group of students studying object-oriented modelling as part of a Masters course. Abstract thinking has long been considered a core skill for computer scientists. This study is part of attempts to gather evidence about the link between abstract thinking skills and success in the Computer Science discipline. The results of this study show a positive correlation between the scores of the students in the abstract thinking test with the marks achieved in the module. However, the small numbers in the study mean that wider research is needed.

Critical autopoiesis and the materiality of law

Autopoietic theory is increasingly seen as a candidate for a radical theory of law, both in relation to its theoretical credentials and its relevance in terms of new and emerging forms of law. An aspect of the theory that has remained less developed, however, is its material side, and more concretely the theory’s accommodation of bodies, space, objects and their claim to legal agency. The present article reads Luhmann’s theory of autopoietic systems in a radical and material manner, linking it on the one hand to current post-structural theorisations of law and society, and on the other hand extending its ambit to accommodate the influx of material considerations that have been working their way through various other disciplines. The latter comprises both a materialisation of the theory itself and ways of conceptualising the legal system as material through and through. This I do by further developing what I have called Critical Autopoiesis, namely an acentric, topological, post-ecological and posthuman understanding of Luhmann’s theory, that draws on Deleuzian thought, feminist theory, geography, non-representational theory, and new material and object-oriented ontologies. These are combined with some well-rehearsed autopoietic concepts, such as distinction, environment and boundaries; Luhmann’s earlier work on materiality continuum; more recent work on bodies and space; as well as his work on form and medium in relation to art. The article concludes with five suggestions for an understanding of what critical autopoietic materiality might mean for law.

Logics of generalization: Derrida, grammatology and transdisciplinarity

This article seeks to explore some issues regarding the different modes of generality at stake in the formation of transdisciplinary concepts within the production of ‘theory’ in the humanities and social sciences. Focused around Jacques Derrida’s seminal account of ‘writing’ in his 1967 book Of Grammatology, the article outlines what it defines as a logic of generalization at stake in Derrida’s elaborations of a quasi-transcendental ‘inscription in general’. Starting out from the questions thereby raised about the relationship between such forms of generality and those historically ascribed to philosophy, the article concludes by contrasting Derrida’s generalized writing with more recent returns to ‘metaphysics’ in the work of Bruno Latour and others. Against the immediately ‘ontological’ orientation of much recent ‘new materialist’ or ‘object-oriented’ thought, the article argues for the necessity of ‘different levels of writing in general’ through a continual folding back of absolute generalization into historically specific disciplinary crossings and exchanges; something suggested by but never really developed in Derrida’s own work.

Modelo SIG para apoio à análise de sistemas de transportes e usos do solo

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Modelos de simulação em MATSim aplicados à análise de sistemas de transporte

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Vias de Comunicação e Transportes

Real time manufacturing systems simulator

A área da simulação computacional teve um rápido crescimento desde o seu apareciment, sendo actualmente uma das ciências de gestão e de investigação operacional mais utilizadas. O seu princípio baseia-se na replicação da operação de processos ou sistemas ao longo de períodos de tempo, tornando-se assim uma metodologia indispensável para a resolução de variados problemas do mundo real, independentemente da sua complexidade. Das inúmeras áreas de aplicação, nos mais diversos campos, a que mais se destaca é a utilização em sistemas de produção, onde o leque de aplicações disponível é muito vasto. A sua aplicação tem vindo a ser utilizada para solucionar problemas em sistemas de produção, uma vez que permite às empresas ajustar e planear de uma maneira rápida, eficaz e ponderada as suas operações e os seus sistemas, permitindo assim uma rápida adaptação das mesmas às constantes mudanças das necessidades da economia global. As aplicações e packages de simulação têm seguindo as tendências tecnológicas pelo que é notório o recurso a tecnologias orientadas a objectos para o desenvolvimento das mesmas. Este estudo baseou-se, numa primeira fase, na recolha de informação de suporte aos conceitos de modelação e simulação, bem como a respectiva aplicação a sistemas de produção em tempo real. Posteriormente centralizou-se no desenvolvimento de um protótipo de uma aplicação de simulação de ambientes de fabrico em tempo real. O desenvolvimento desta ferramenta teve em vista eventuais fins pedagógicos e uma utilização a nível académico, sendo esta capaz de simular um modelo de um sistema de produção, estando também dotada de animação. Sem deixar de parte a possibilidade de integração de outros módulos ou, até mesmo, em outras plataformas, houve ainda a preocupação acrescida de que a sua implementação recorresse a metodologias de desenvolvimento orientadas a objectos.

Sur l’utilisation du langage de programmation Scheme pour le développement de jeux vidéo

Ce mémoire vise à recenser les avantages et les inconvénients de l'utilisation du langage de programmation fonctionnel dynamique Scheme pour le développement de jeux vidéo. Pour ce faire, la méthode utilisée est d'abord basée sur une approche plus théorique. En effet, une étude des besoins au niveau de la programmation exprimés par ce type de développement, ainsi qu'une description détaillant les fonctionnalités du langage Scheme pertinentes au développement de jeux vidéo sont données afin de bien mettre en contexte le sujet. Par la suite, une approche pratique est utilisée en effectuant le développement de deux jeux vidéo de complexités croissantes: Space Invaders et Lode Runner. Le développement de ces jeux vidéo a mené à l'extension du langage Scheme par plusieurs langages spécifiques au domaine et bibliothèques, dont notamment un système de programmation orienté objets et un système de coroutines. L'expérience acquise par le développement de ces jeux est finalement comparée à celle d'autres développeurs de jeux vidéo de l'industrie qui ont utilisé Scheme pour la création de titres commerciaux. En résumé, l'utilisation de ce langage a permis d'atteindre un haut niveau d'abstraction favorisant la modularité des jeux développés sans affecter les performances de ces derniers.

Analyse de dépendance des programmes à objet en utilisant les modèles probabilistes des entrées

La tâche de maintenance ainsi que la compréhension des programmes orientés objet (OO) deviennent de plus en plus coûteuses. L’analyse des liens de dépendance peut être une solution pour faciliter ces tâches d’ingénierie. Cependant, analyser les liens de dépendance est une tâche à la fois importante et difficile. Nous proposons une approche pour l'étude des liens de dépendance internes pour des programmes OO, dans un cadre probabiliste, où les entrées du programme peuvent être modélisées comme un vecteur aléatoire, ou comme une chaîne de Markov. Dans ce cadre, les métriques de couplage deviennent des variables aléatoires dont les distributions de probabilité peuvent être étudiées en utilisant les techniques de simulation Monte-Carlo. Les distributions obtenues constituent un point d’entrée pour comprendre les liens de dépendance internes entre les éléments du programme, ainsi que leur comportement général. Ce travail est valable dans le cas où les valeurs prises par la métrique dépendent des entrées du programme et que ces entrées ne sont pas fixées à priori. Nous illustrons notre approche par deux études de cas.

Approche probabiliste pour l’analyse de l’impact des changements dans les programmes orientés objet

Nous proposons une approche probabiliste afin de déterminer l’impact des changements dans les programmes à objets. Cette approche sert à prédire, pour un changement donné dans une classe du système, l’ensemble des autres classes potentiellement affectées par ce changement. Cette prédiction est donnée sous la forme d’une probabilité qui dépend d’une part, des interactions entre les classes exprimées en termes de nombre d’invocations et d’autre part, des relations extraites à partir du code source. Ces relations sont extraites automatiquement par rétro-ingénierie. Pour la mise en oeuvre de notre approche, nous proposons une approche basée sur les réseaux bayésiens. Après une phase d’apprentissage, ces réseaux prédisent l’ensemble des classes affectées par un changement. L’approche probabiliste proposée est évaluée avec deux scénarios distincts mettant en oeuvre plusieurs types de changements effectués sur différents systèmes. Pour les systèmes qui possèdent des données historiques, l’apprentissage a été réalisé à partir des anciennes versions. Pour les systèmes dont on ne possède pas assez de données relatives aux changements de ses versions antécédentes, l’apprentissage a été réalisé à l’aide des données extraites d’autres systèmes.

Identification d’une architecture à base de composants dans une application orientée objets à l’aide d’une analyse dynamique

Un système, décrit avec un grand nombre d'éléments fortement interdépendants, est complexe, difficile à comprendre et à maintenir. Ainsi, une application orientée objet est souvent complexe, car elle contient des centaines de classes avec de nombreuses dépendances plus ou moins explicites. Une même application, utilisant le paradigme composant, contiendrait un plus petit nombre d'éléments, faiblement couplés entre eux et avec des interdépendances clairement définies. Ceci est dû au fait que le paradigme composant fournit une bonne représentation de haut niveau des systèmes complexes. Ainsi, ce paradigme peut être utilisé comme "espace de projection" des systèmes orientés objets. Une telle projection peut faciliter l'étape de compréhension d'un système, un pré-requis nécessaire avant toute activité de maintenance et/ou d'évolution. De plus, il est possible d'utiliser cette représentation, comme un modèle pour effectuer une restructuration complète d'une application orientée objets opérationnelle vers une application équivalente à base de composants tout aussi opérationnelle. Ainsi, La nouvelle application bénéficiant ainsi, de toutes les bonnes propriétés associées au paradigme composants. L'objectif de ma thèse est de proposer une méthode semi-automatique pour identifier une architecture à base de composants dans une application orientée objets. Cette architecture doit, non seulement aider à la compréhension de l'application originale, mais aussi simplifier la projection de cette dernière dans un modèle concret de composant. L'identification d'une architecture à base de composants est réalisée en trois grandes étapes: i) obtention des données nécessaires au processus d'identification. Elles correspondent aux dépendances entre les classes et sont obtenues avec une analyse dynamique de l'application cible. ii) identification des composants. Trois méthodes ont été explorées. La première utilise un treillis de Galois, la seconde deux méta-heuristiques et la dernière une méta-heuristique multi-objective. iii) identification de l'architecture à base de composants de l'application cible. Cela est fait en identifiant les interfaces requises et fournis pour chaque composant. Afin de valider ce processus d'identification, ainsi que les différents choix faits durant son développement, j'ai réalisé différentes études de cas. Enfin, je montre la faisabilité de la projection de l'architecture à base de composants identifiée vers un modèle concret de composants.

Intégration de services de raisonnement automatique basés sur les logiques de description dans les applications d’entreprise

Ce mémoire présente un patron d’architecture permettant, dans un contexte orientéobjet, l’exploitation d’objets appartenant simultanément à plusieurs hiérarchies fonctionnelles. Ce patron utilise un reasoner basé sur les logiques de description (web sémantique) pour procéder à la classification des objets dans les hiérarchies. La création des objets est simplifiée par l’utilisation d’un ORM (Object Relational Mapper). Ce patron permet l’utilisation effective du raisonnement automatique dans un contexte d’applications d’entreprise. Les concepts requis pour la compréhension du patron et des outils sont présentés. Les conditions d’utilisation du patron sont discutées ainsi que certaines pistes de recherche pour les élargir. Un prototype appliquant le patron dans un cas simple est présenté. Une méthodologie accompagne le patron. Finalement, d’autres utilisations potentielles des logiques de description dans le même contexte sont discutées.